【深入淺出】晶體硅電池發電原理

　　天天討論光伏發電，你知道太陽能電池發電的原理嗎？本文分別用文字形式，介紹了晶硅太陽能電池的發電原理。屬于科普級別，非常通俗易懂。

　　太陽能電池發電原理

　　一、N型半導體與P型半導體

　　完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體，原子之間形成共價鍵，其結構如圖1-3所示。共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

　　圖1：本征半導體結構圖

　　價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電），如圖1-4所示。自由電子和空穴都稱為載流子，本征半導體中載流子數目極少，其導電性能很差。圖2：價電子受激發后形成自由電子和空穴

　　在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素），形成雜質半導體，可使其導電性能大大增強。

　　摻入五價磷元素取代硅原子，磷原子外層的五個外層電子的其中四個與周圍的半導體原子形成共價鍵，多出的一個電子幾乎不受束縛，較為容易地成為自由電子。因此，摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為N型半導體。

　　摻入三價硼元素取代硅原子，硼原子外層的三個外層電子與周圍的半導體原子形成共價鍵的時候，會產生一個“空穴”。因此，摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為P型半導體。

　　無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。

　　圖3-1a：N型半導體

　　圖3-2b：P型半導體

　　N型半導體的電子是多子，空穴是少子；

　　P型半導體的空穴是多子，電子是少子。

　　二、“PN結”與“光生伏特效應”

　　PN結是由一個N型摻雜區和一個P型摻雜區緊密接觸所構成的。在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導體，另一邊形成P型半導體，兩種半導體的交界面附近的區域為PN結。太陽能電池的基本結構就是一個大面積平面PN結。

　　在太陽光照射到PN結上時，PN結吸收光能激發出電子和空穴，在PN結中產生電壓，稱為“光生伏特效應”或簡稱“光伏效應”。

　　圖4：光伏發電原理